面向OBE的地震特色“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革

孟娟 李亞南 石星星

摘 要：以工程教育認(rèn)證為契機(jī)，結(jié)合地震行業(yè)工程實(shí)踐人才培養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)行了OBE理念下的“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革探索，包括優(yōu)選地震行業(yè)特色應(yīng)用案例驅(qū)動理論教學(xué)，設(shè)置分層級的微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)實(shí)驗(yàn)，綜合emu8086、proteus等多種平臺及雨課堂豐富教學(xué)手段。該教學(xué)方式對提高學(xué)生的微機(jī)系統(tǒng)工程實(shí)踐能力有較好的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：OBE;微機(jī)原理;教學(xué)改革;工程教育認(rèn)證

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：Taking the engineering education certification as an opportunity，combined with the training goal of engineering practical talents in earthquake industry，the teaching reform of Microcomputer Principle and application under OBE concept is carried out.It includes optimizing the application case driven theory teaching seismic with industry characteristics，setting up layered and hierarchical microcomputer system software and hardware development experiments，integrating Emu8086，Proteus and other platforms and enriching teaching means in rain classroom.This teaching method plays a good role in improving students' microcomputer system engineering practice.

Keywords：outcome-based education;Microcomputer principle;reform in education;engineering education certification

“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程是本科類院校測控、通信、電子信息類專業(yè)一門傳統(tǒng)且重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程旨在使學(xué)生具備微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)分析與軟硬件協(xié)同開發(fā)的能力，為從事微機(jī)測量與控制儀器和系統(tǒng)研發(fā)工作奠定技術(shù)基礎(chǔ)。隨著微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，微機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到人們生活中，從各種日常家電到工業(yè)生產(chǎn)，甚至是航空航天控制，微機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用場景與市場需求不斷擴(kuò)大，這也給從事微機(jī)測控儀表與系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)專業(yè)人才提出了更高的能力要求。對于行業(yè)特色院校及特色專業(yè)，如何既緊跟技術(shù)前沿觸角，又滿足行業(yè)與專業(yè)發(fā)展的特色需求進(jìn)行“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程改革，是許多高校當(dāng)下思考的問題[1-2]。

另一方面，為適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要和國際標(biāo)準(zhǔn)的工程技術(shù)人才需求，很多高校把通過工程教育專業(yè)認(rèn)證當(dāng)成提高教育質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平的重要手段。以成果為導(dǎo)向的教育模式，即OBE（Outcome-based Education），是工程教育認(rèn)證的基本理念，不少高校也積極探索OBE理念下的人才培養(yǎng)和課程教學(xué)改革方法[3]。

1 傳統(tǒng)微機(jī)原理教學(xué)在地震行業(yè)人才培養(yǎng)上的不足

傳統(tǒng)“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容包括Intel 80x86系列CPU為核心的微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計(jì)及常用接口技術(shù)，強(qiáng)化接口設(shè)計(jì)和綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)。教學(xué)以集中理論講授和小型試驗(yàn)并行方式進(jìn)行，且實(shí)驗(yàn)大多為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書步驟進(jìn)行，忽略了理論與實(shí)踐間的內(nèi)在聯(lián)系，無法培養(yǎng)學(xué)生以系統(tǒng)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力，不利于學(xué)生創(chuàng)新和工程能力的提高，且傳統(tǒng)教學(xué)模式無法充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不便于實(shí)時進(jìn)行教學(xué)反饋與改進(jìn)，不利于學(xué)生的培養(yǎng)。因此不少高校積極探索OBE模式下“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革[4-7]，為基于OBE模式進(jìn)行“微機(jī)原理與應(yīng)用”的創(chuàng)新教學(xué)提供了有效參考。但這些教學(xué)改革的是通用課程的改革探索，行業(yè)特色不明顯，課程改革與行業(yè)實(shí)際應(yīng)用需求結(jié)合不夠緊密。

防災(zāi)科技學(xué)院是一所特色鮮明的地震行業(yè)院校，“微機(jī)原理與應(yīng)用”是本校測控專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，為儀器研發(fā)設(shè)計(jì)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。但傳統(tǒng)“微機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)學(xué)科體系的系統(tǒng)性和完整性，地震行業(yè)特色不明顯，對提升學(xué)生地震行業(yè)微機(jī)系統(tǒng)的專業(yè)知識和技能作用欠明確，缺少針對地震行業(yè)特色的教學(xué)案例，不能滿足新時代人才培養(yǎng)的要求，且其他高校改革經(jīng)驗(yàn)無法直接移植到本?！拔C(jī)原理與應(yīng)用”課程教學(xué)來。

因此結(jié)合防震減災(zāi)與地震行業(yè)人才培養(yǎng)及測控專業(yè)工程教育認(rèn)證的實(shí)際需求，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和工程創(chuàng)新能力為目標(biāo)，緊跟地震行業(yè)測控儀器系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，對“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程進(jìn)行OBE理念下的教學(xué)改革探索，培養(yǎng)學(xué)生微機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)所必備的能力非常有必要。

2 面向地震行業(yè)凸顯特色的微機(jī)原理課程教學(xué)改革

基于地震行業(yè)微機(jī)測控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)需求，以工程教育認(rèn)證OBE理念為引導(dǎo)，從課程內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方法上多管齊下，進(jìn)行“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程改革探索，包括以地震行業(yè)微機(jī)和接口技術(shù)應(yīng)用案例為牽引，優(yōu)化理論課程知識體系;設(shè)置以解決實(shí)際問題為導(dǎo)向、分層級的地震行業(yè)微機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;依托emu8086和proteus平臺及雨課堂信息化手段，實(shí)時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況并進(jìn)行改進(jìn)，構(gòu)建“卷面考核+”的多元化考核評價(jià)方式，使學(xué)生可以將微機(jī)原理技術(shù)與地震行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，有效提升其面向應(yīng)用的綜合素質(zhì)及實(shí)踐創(chuàng)新能力。ED419DAA-1C34-455F-8A91-D85E28ECEBE1

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

2.1.1 優(yōu)選地震特色的微機(jī)和接口技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目，案例驅(qū)動理論教學(xué)

理論教學(xué)方面，在保持傳統(tǒng)的以章節(jié)為主線的授課模式的前提下，確保原有的強(qiáng)化接口設(shè)計(jì)和綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)，并以提高學(xué)生學(xué)習(xí)成果為目標(biāo)，通過反復(fù)研究，優(yōu)選了地震行業(yè)相關(guān)的微機(jī)和接口技術(shù)應(yīng)用典型案例和項(xiàng)目，以案例驅(qū)動課程理論知識的傳授。在案例學(xué)習(xí)中引導(dǎo)學(xué)生從解決系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)問題出發(fā)學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，并綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識，對所涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行研究，從而鍛煉學(xué)生分析問題、思考問題、解決問題的能力。

如在講授微機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識時，傳統(tǒng)教學(xué)的微機(jī)技術(shù)應(yīng)用主要集中在工業(yè)控制、傳統(tǒng)儀器儀表、家電產(chǎn)品等領(lǐng)域，為讓學(xué)生對具有地震特色的微機(jī)技術(shù)應(yīng)用有更加感性的認(rèn)識，授課過程中增加了多個地震監(jiān)測領(lǐng)域微機(jī)系統(tǒng)的組成與應(yīng)用案例，主要介紹微機(jī)作為地震監(jiān)測系統(tǒng)的控制核心，協(xié)調(diào)管理采集、數(shù)據(jù)處理、分析等各子系統(tǒng)，并介紹目前地震監(jiān)測領(lǐng)域主流微機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)與功能，讓學(xué)生對地震監(jiān)測微機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用有清晰了解。

在講授8253定時計(jì)數(shù)器時，以地震探勘中常用的地震計(jì)時儀為案例，介紹地震計(jì)時儀的工作原理并進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，再結(jié)合電路設(shè)計(jì)講解8253的應(yīng)用和編程方法，并編程實(shí)現(xiàn)基于8253定時器的地震計(jì)時儀，使學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成過程中更好地掌握8253的使用方法和難點(diǎn)。

在講授8259中斷控制器時，以地震計(jì)正弦標(biāo)定信號發(fā)生器為案例，從地震計(jì)標(biāo)定的原理到標(biāo)定正弦信號的參數(shù)指標(biāo)，再到電路設(shè)計(jì)到系統(tǒng)開發(fā)，全流程地講解與演示利用8259A中斷控制器產(chǎn)生中斷并顯示輸出波形的方法，讓學(xué)生可以直觀通過參數(shù)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)滿足不同參數(shù)要求的標(biāo)定信號。通過工程項(xiàng)目讓學(xué)生除了掌握本門課程內(nèi)容，還融合電路與PCB設(shè)計(jì)知識，提高綜合能力。

2.1.2 分層級的微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置

實(shí)踐教學(xué)方面，傳統(tǒng)的微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時少，且實(shí)驗(yàn)大多為小型的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生綜合能力的鍛煉與提高。針對以上問題，改變傳統(tǒng)面向簡單示例的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，設(shè)置分層級滿足不同能力水平學(xué)生學(xué)習(xí)需求的地震行業(yè)微機(jī)系統(tǒng)軟硬件開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，并采用工程化的方式進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐的融合。

如綜合并行接口、A/D和D/A轉(zhuǎn)換內(nèi)容，提出基于8086CPU的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，引導(dǎo)學(xué)生從解決系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)問題出發(fā)，綜合應(yīng)用電路、PCB設(shè)計(jì)、“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程所學(xué)專業(yè)知識，完成數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)與軟件編程。將試驗(yàn)任務(wù)分為基礎(chǔ)級、提高級和創(chuàng)新級，其中基礎(chǔ)級要求100%的學(xué)生獨(dú)立完成，提高級要求70%左右學(xué)生完成。而創(chuàng)新級不做強(qiáng)制要求，需要學(xué)生綜合“PCB設(shè)計(jì)”“電路”等其他專業(yè)課程的知識。對有能力的學(xué)生引導(dǎo)其設(shè)計(jì)出系統(tǒng)硬件PCB，并對所涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行研究，從而提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。最終有30%左右的學(xué)生完成，且實(shí)驗(yàn)效果不錯，學(xué)生也表現(xiàn)出了極大的學(xué)習(xí)熱情和自信心。

2.2 教學(xué)手段創(chuàng)新

2.2.1 綜合emu8086、proteus等多種平臺，豐富教學(xué)手段

為了讓學(xué)生能更直觀地理解和掌握課程知識，在學(xué)習(xí)微機(jī)指令系統(tǒng)時，通過emu8086仿真平臺演示各指令的作用和效果，結(jié)合仿真結(jié)果的觀察和原理講解，能更深入理解各指令的使用。在講授微機(jī)接口應(yīng)用技術(shù)時，結(jié)合微機(jī)測控系統(tǒng)案例，通過emu8086與proteus的結(jié)合，將案例的設(shè)計(jì)原理和編程實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行演示，將涉及的知識進(jìn)行融合講解，加深學(xué)生對指令和接口應(yīng)用技術(shù)的理解，提升課堂教學(xué)效果。對有學(xué)習(xí)能力的學(xué)生，引導(dǎo)其利用Multisum、Altium design等軟件完成所涉及系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

2.2.2 雨課堂實(shí)時教學(xué)改進(jìn)

由于課程內(nèi)容多、難度大，傳統(tǒng)的講授方法學(xué)生難以一次性消化較多知識點(diǎn)，從而打擊其自信心，最終導(dǎo)致學(xué)習(xí)熱情大幅下降。以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，利用雨課堂將課前、課中、課后的教與學(xué)及互動完美融合起來。課前發(fā)布一些待講授知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)小視頻，激活學(xué)生自學(xué)意識和學(xué)習(xí)熱情。結(jié)合學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，在上課時可以針對課前不好理解的重點(diǎn)和難點(diǎn)再次強(qiáng)調(diào)，并結(jié)合一些小測驗(yàn)實(shí)時檢測學(xué)習(xí)效果。實(shí)時根據(jù)學(xué)習(xí)過程中的問題進(jìn)行教學(xué)反思，并有針對性地改善教與學(xué)上的不足，從而提升教學(xué)質(zhì)量。

2.3 課程考核優(yōu)化

在傳統(tǒng)考核方式不能滿足OBE教學(xué)的情況下，探討了貫穿整個教學(xué)過程的多元化考核機(jī)制，從考核形式、考核內(nèi)容、成績分配等方面進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建了“卷面考核+”多元化考核方式。設(shè)定平時成績占50%，不僅參考出勤、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和作業(yè)，還利用雨課堂的互動教學(xué)功能進(jìn)行學(xué)習(xí)過程的全面衡量。期末成績占50%，主要通過閉卷考試檢驗(yàn)學(xué)生知識掌握和應(yīng)用的程度，并設(shè)置了地震前兆監(jiān)測之等精度頻率計(jì)設(shè)計(jì)的課程大作業(yè)，讓教師對學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分析解決問題、創(chuàng)新、小組間協(xié)作能力、完成質(zhì)量等多方面進(jìn)行綜合考核，以正確評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

3 教學(xué)效果

經(jīng)過一輪的教學(xué)實(shí)踐，面向地震特色的“微機(jī)原理與應(yīng)用”向?qū)W生全面展示了在地震儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)中微機(jī)技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)知識點(diǎn)，并且通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目充分鍛煉了學(xué)生的動手能力，而分層級的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也能滿足不同層次學(xué)生的需求，得到了學(xué)生的肯定，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣。從卷面成績來看，本屆學(xué)生得分比傳統(tǒng)教學(xué)方法的平均成績高8分，且課程大作業(yè)答辯時，學(xué)生能很好地掌握設(shè)計(jì)原理并進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，綜合能力有較好的提升。教學(xué)效果令人鼓舞，也為學(xué)生將來進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等奠定了基礎(chǔ)，對提高學(xué)生微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用能力有較好的促進(jìn)作用。在接下來的“微機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)中，將繼續(xù)以成果為導(dǎo)向，優(yōu)化地震行業(yè)特色案例，并設(shè)置課程內(nèi)容有關(guān)的開放實(shí)驗(yàn)，讓有能力、有興趣的學(xué)生能進(jìn)一步遨游在微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的海洋，提高其工程實(shí)踐能力，為將來繼續(xù)深造或者走上工作崗位奠定扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。ED419DAA-1C34-455F-8A91-D85E28ECEBE1

結(jié)語

基于“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，結(jié)合本院防災(zāi)減災(zāi)特色人才培養(yǎng)目標(biāo)及工程教育認(rèn)證實(shí)際需求，進(jìn)行了基于OBE為導(dǎo)向的課程教學(xué)改革，包括優(yōu)選地震特色的微機(jī)和接口技術(shù)應(yīng)用案例，以案例結(jié)合理論知識點(diǎn)進(jìn)行講解學(xué)習(xí);在實(shí)踐教學(xué)上，設(shè)置分層級、緊密結(jié)合行業(yè)應(yīng)用需求的實(shí)踐項(xiàng)目，滿足不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生，也能激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情;利用emu8086、proteus平臺創(chuàng)新教學(xué)方法和手段，幫助學(xué)生理解掌握重點(diǎn)難點(diǎn)，科學(xué)設(shè)置考核方式等。課程教學(xué)效果較好，能提升學(xué)生的微機(jī)應(yīng)用與設(shè)計(jì)能力，學(xué)生的卷面成績和最終成績都有較大幅度提升，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，課程改革方法可為其他行業(yè)特色院校的“微機(jī)原理與應(yīng)用”課程改革提供一定的思路和參考。

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作者簡介：孟娟（1983— ），女，漢族，湖南益陽人，碩士，講師，研究方向：地震儀器設(shè)計(jì)與信號處理相關(guān)的教學(xué)與科研工作。ED419DAA-1C34-455F-8A91-D85E28ECEBE1